4. Дослідження динамічних та статичних характеристик при жив­ленні від пч

Частотне керування АД, автором якого є Костенко М. П. , є найпростішим способом керування асинхронним двигуном з короткозамкненим ротором, який розглядався як основний до появи векторних методів. Частотне керування, хоч і не дозволяє регулювати координати електропривода з заданими динамічними та статичними характеристиками, а процеси регулювання кутової швидкості і моменту містять некеровані складові, має декілька принципових переваг: простота реалізації та запуску в роботу, відсутність у необхідності вимірювання кутової швидкості та струмів статора, можливість використання тих параметрів АД, що легко визначаються або користуватися для налаштування лише номінальними даними. В класичному формулюванні частотне керування ґрунтується на залежностях, які отримуються з розгляду усталених режимів роботи АД.

4.1 Дослідження статичних характеристик при жив­ленні від пч Постановка задачі керування

Розглянемо модель АД, представлену в координатах потокозчеплень статора і струмів ротора

де - компоненти векторів потокозчеплення статора, струму ротора і напруги статора, ω – кутова швидкість, ω₀ і θ₀ – кутова швидкість та кутове положення системи координат (d-q) відносно стаціціонарної системи координат (a-b), ω₂ =ω₀ - ω - частота ковзання.

Постійні параметри визначені наступним чином:

Перетворені змінні визначаються у відповідності до

В загальній постановці задачі керування кутовою швидкістю та модулем потокозчеплення статора вихідні регульовані змінні задаються

а також припускається, що вектор змінних стану не вимірюваний, тобто розглядається повністю розімкнене керування, при якому вихідні змінні мають регулюватися за допомогою двомірного вектора керуючих напруг статора .

Припустимо, що ω^* = const , ψ^* = const визначають задані значення кутової швидкості і модуля потокозчеплення статора, тоді задача регулювання вихідних змінних полягає у досягненні умови

де похибки регулювання дорівнюють

Використовуючи концепцію орієнтації по вектору потокозчеплення статора, переформулюємо другу умову наступним чином:

де похибки регулювання потокозчеплення по осям d і q визначені як

Відмітимо, що перша умова визначає досягнення полеорієнтування за вектором потокозчеплення статора.

Досягнення еквівалентних умов можливе лише для випадку не навантаженого двигуна, тобто при M_C = 0 . В цьому випадку струми ротора в усталеному режимі дорівнюють нулю. Визначивши мета частотного керування може бути формалізована таким чином: знайти керуючі напруги u_1d і u_1q , які гарантують досягнення умови

Конструювання алгоритму частотного керування

В похибках відпрацювання рівняння запишуться (при ω^* = const, ψ^*=const).

де

З рівнянь для потокозчеплень знаходимо

u_1d =αψ*

u_1q =ω₀ψ*

Фізичні напруги, які прикладаються до обмоток АД дорівнюють

Відмітимо, , що для практичної реалізації необхідно знати параметр α₁ = R₁ / L₁, який легко визначається на основі стандартних тестів. Потреби у вимірюванні струмів статора та кутової швидкості для реалізації алгоритму немає.

Для встановлення зв’язку алгоритму частотного керування з описаними в технічній літературі запишемо вирази для модуля напруги статора

Залежність U_1m = f (ω^*,ψ^* ) представлена на Рисунку 4.1 суцільною лінією.

Якщо сформувати ψ^* = ψ₀^* + ψ₁(ω^*), то можливе отримання різних регулювальних характеристик U /f .Структурна схема алгоритму частотного керування показана на Рисунку 4.2.

Рисунок 4.1– Статичні характеристики при частотному керуванні

Рисунок 4.2 – Структурна схема алгоритму частотного керування

Будуємо механічні характеристики при частотному керуванні для заданих швидкостей: .

З аналізу графіків, зображених на Рисунках 4.1-4.3, механічних характеристик видно, що значення критичного моменту двигуна в рушійному режимі зменшується, коли задана швидкість є більшою або меншою відномінального значення.

Рисунок 4.1.1 – Механічні характеристики двигуна АД 4А80В4У3 в рушійному режимі при частотному керуванні U/f=const,

Рисунок 4.1.2 – Механічні характеристики двигуна АД 4А80В4У3 в генераторному режимі режимі при частотному керуванні U/f=const,

Рисунок 4.1.3 – Механічні характеристики двигуна АД 4А80В4У3 при частотному керуванні U/f=const,